引言
Kubernetes（简称K8s）作为现代容器编排的佼佼者，其核心功能之一是实现容器集群中的高效通信。K8s的网络模型设计旨在确保集群内Pod之间的直接通信、Pod与Service的通信以及集群与外网的通信。本文将深入解析K8s网络模型，帮助读者全面理解容器集群中的通信奥秘。
K8s网络模型概述
K8s网络模型的核心目标是实现以下功能：
- 每个Pod拥有一个独立的IP地址：这使得Pod间的通信更为直接和高效。
- Pod间可以直接通信：无论Pod位于同一节点还是不同节点，它们之间都能直接进行网络通信。
- 节点间的通信透明：应用程序无需关心底层网络架构，即可实现跨节点的通信。
IP-per-Pod模型
在K8s中，每个Pod都拥有一个唯一的IP地址，即IP-per-Pod模型。这意味着Pod之间的通信无需通过NAT转换，从而简化了网络配置。
Service
Service是K8s中的一种抽象概念，它为Pod提供了一个稳定的IP地址或DNS名称，使得外部流量可以访问集群内部的服务。
Ingress
Ingress是集群外部访问集群内部服务的入口点，它允许集群内部的Service被外部访问。
K8s网络模型实现方案
K8s通过CNI（Container Network Interface）接口集成各种网络方案，以满足不同的网络需求。以下是一些常用的网络方案：
Flannel
Flannel是一种简单的Overlay网络插件，支持VXLAN和UDP模式，常用于小型集群。
Flannel通信过程
- CNI网桥将数据包路由到本机的Flannel.1设备进行处理。
- Flannel.1设备将数据包封装成VXLAN格式，发送到对端Flannel.1设备。
- 对端Flannel.1设备解封装数据包，将数据包发送到目标容器。
Calico
Calico可以配置为使用IP-in-IP隧道模式，这样它可以作为Overlay网络运行。Calico的IPIP模式特别适合于需要跨子网通信的环境。
Calico网络架构
- Felix：运行在每个节点上的代理，负责将Pod的网络命名空间与Calico的BPF（Berkeley Packet Filter）程序相连接。
- BPF程序：BPF程序运行在Felix中，用于处理网络流量和设置路由规则。
- etcd：作为Kubernetes的配置存储，用于存储Calico的配置。
Weave Net
Weave Net通过在物理网络上构建一个虚拟网络层，实现Pod间的通信。
Pod间通信原理
同一节点上的Pod间通信
当两个Pod位于同一节点时，它们的通信相对简单。每个Pod都会被分配一个独立的网络命名空间，并通过虚拟网络设备（如veth pair）连接到节点的网络命名空间。
不同节点的Pod间通信
不同节点的Pod之间需要网络插件的支持。以下是一些常用的网络插件：
- 基于Overlay网络的插件：通过隧道封装技术（如VXLAN、GRE等）在物理网络之上创建虚拟网络，实现跨主机的容器网络连接。
- 基于Underlay网络的插件：直接使用物理网络进行容器网络连接，无需额外的隧道技术。
总结
K8s网络模型为容器集群中的通信提供了高效、稳定和灵活的解决方案。通过理解K8s网络模型和实现方案，开发者可以更好地构建和管理容器化应用。